Docker初探

村望老弟發表於2021-11-25
Docker

一、環境配置的難題

軟體開發最大的麻煩事之一，就是環境配置。使用者計算機的環境都不相同，你怎麼知道自家的軟體，能在那些機器跑起來？

使用者必須保證兩件事：作業系統的設定，各種庫和元件的安裝。只有它們都正確，軟體才能執行。舉例來說，安裝一個 Python 應用，計算機必須有 Python 引擎，還必須有各種依賴，可能還要配置環境變數。

如果某些老舊的模組與當前環境不相容，那就麻煩了。開發者常常會說：”它在我的機器可以跑了”（It works on my machine），言下之意就是，其他機器很可能跑不了。

環境配置如此麻煩，換一臺機器，就要重來一次，曠日費時。很多人想到，能不能從根本上解決問題，軟體可以帶環境安裝？也就是說，安裝的時候，把原始環境一模一樣地複製過來。

二、虛擬機器

虛擬機器（virtual machine）就是帶環境安裝的一種解決方案。它可以在一種作業系統裡面執行另一種作業系統，比如在 Windows 系統裡面執行 Linux 系統。應用程式對此毫無感知，因為虛擬機器看上去跟真實系統一模一樣，而對於底層系統來說，虛擬機器就是一個普通檔案，不需要了就刪掉，對其他部分毫無影響。

雖然使用者可以通過虛擬機器還原軟體的原始環境。但是，這個方案有幾個缺點。

（1）資源佔用多

虛擬機器會獨佔一部分記憶體和硬碟空間。它執行的時候，其他程式就不能使用這些資源了。哪怕虛擬機器裡面的應用程式，真正使用的記憶體只有 1MB，虛擬機器依然需要幾百 MB 的記憶體才能執行。

（2）冗餘步驟多

虛擬機器是完整的作業系統，一些系統級別的操作步驟，往往無法跳過，比如使用者登入。

（3）啟動慢

啟動作業系統需要多久，啟動虛擬機器就需要多久。可能要等幾分鐘，應用程式才能真正執行。

三、Linux 容器

由於虛擬機器存在這些缺點，Linux 發展出了另一種虛擬化技術：Linux 容器（Linux Containers，縮寫為 LXC）。

Linux 容器不是模擬一個完整的作業系統，而是對程式進行隔離。或者說，在正常程式的外面套了一個保護層。對於容器裡面的程式來說，它接觸到的各種資源都是虛擬的，從而實現與底層系統的隔離。

由於容器是程式級別的，相比虛擬機器有很多優勢。

（1）啟動快

容器裡面的應用，直接就是底層系統的一個程式，而不是虛擬機器內部的程式。所以，啟動容器相當於啟動本機的一個程式，而不是啟動一個作業系統，速度就快很多。

（2）資源佔用少

容器只佔用需要的資源，不佔用那些沒有用到的資源；虛擬機器由於是完整的作業系統，不可避免要佔用所有資源。另外，多個容器可以共享資源，虛擬機器都是獨享資源。

（3）體積小

容器只要包含用到的元件即可，而虛擬機器是整個作業系統的打包，所以容器檔案比虛擬機器檔案要小很多。

總之，容器有點像輕量級的虛擬機器，能夠提供虛擬化的環境，但是成本開銷小得多。

四、Docker 是什麼？

Docker 屬於 Linux 容器的一種封裝，提供簡單易用的容器使用介面。它是目前最流行的 Linux 容器解決方案。

Docker 將應用程式與該程式的依賴，打包在一個檔案裡面。執行這個檔案，就會生成一個虛擬容器。程式在這個虛擬容器裡執行，就好像在真實的物理機上執行一樣。有了 Docker，就不用擔心環境問題。

總體來說，Docker 的介面相當簡單，使用者可以方便地建立和使用容器，把自己的應用放入容器。容器還可以進行版本管理、複製、分享、修改，就像管理普通的程式碼一樣。

五、Docker 的用途

Docker 的主要用途，目前有三大類。

（1）提供一次性的環境。比如，本地測試他人的軟體、持續整合的時候提供單元測試和構建的環境。

（2）提供彈性的雲服務。因為 Docker 容器可以隨開隨關，很適合動態擴容和縮容。

（3）組建微服務架構。通過多個容器，一臺機器可以跑多個服務，因此在本機就可以模擬出微服務架構。

六、Docker 的安裝

Docker 是一個開源的商業產品，有兩個版本：社群版（Community Edition，縮寫為 CE）和企業版（Enterprise Edition，縮寫為 EE）。企業版包含了一些收費服務，個人開發者一般用不到。下面的介紹都針對社群版。

Docker CE 的安裝請參考官方文件。

安裝完成後，執行下面的命令，驗證是否安裝成功。

$ docker version
# 或者
$ docker info

Docker 需要使用者具有 sudo 許可權，為了避免每次命令都輸入sudo，可以把使用者加入 Docker 使用者組（官方文件）。

$ sudo usermod -aG docker $USER

Docker 是伺服器—-客戶端架構。命令列執行docker命令的時候，需要本機有 Docker 服務。如果這項服務沒有啟動，可以用下面的命令啟動（官方文件）。

# service 命令的用法
$ sudo service docker start

# systemctl 命令的用法
$ sudo systemctl start docker

六、image 檔案

Docker 把應用程式及其依賴，打包在 image 檔案裡面。只有通過這個檔案，才能生成 Docker 容器。image 檔案可以看作是容器的模板。Docker 根據 image 檔案生成容器的例項。同一個 image 檔案，可以生成多個同時執行的容器例項。

image 是二進位制檔案。實際開發中，一個 image 檔案往往通過繼承另一個 image 檔案，加上一些個性化設定而生成。舉例來說，你可以在 Ubuntu 的 image 基礎上，往裡面加入 Apache 伺服器，形成你的 image。

# 列出本機的所有 image 檔案。
$ docker image ls

# 刪除 image 檔案
$ docker image rm [imageName]

image 檔案是通用的，一臺機器的 image 檔案拷貝到另一臺機器，照樣可以使用。一般來說，為了節省時間，我們應該儘量使用別人製作好的 image 檔案，而不是自己製作。即使要定製，也應該基於別人的 image 檔案進行加工，而不是從零開始製作。

為了方便共享，image 檔案製作完成後，可以上傳到網上的倉庫。Docker 的官方倉庫 Docker Hub 是最重要、最常用的 image 倉庫。此外，出售自己製作的 image 檔案也是可以的。

七、容器檔案

image 檔案生成的容器例項，本身也是一個檔案，稱為容器檔案。也就是說，一旦容器生成，就會同時存在兩個檔案： image 檔案和容器檔案。而且關閉容器並不會刪除容器檔案，只是容器停止執行而已。

# 列出本機正在執行的容器
$ docker container ls

# 列出本機所有容器，包括終止執行的容器
$ docker container ls --all

上面命令的輸出結果之中，包括容器的 ID。很多地方都需要提供這個 ID，比如上一節終止容器執行的docker container kill命令。

終止執行的容器檔案，依然會佔據硬碟空間，可以使用docker container rm命令刪除。

$ docker container rm [containerID]

執行上面的命令之後，再使用docker container ls --all命令，就會發現被刪除的容器檔案已經消失了。

九、Dockerfile 檔案

學會使用 image 檔案以後，接下來的問題就是，如何可以生成 image 檔案？如果你要推廣自己的軟體，勢必要自己製作 image 檔案。

這就需要用到 Dockerfile 檔案。它是一個文字檔案，用來配置 image。Docker 根據 該檔案生成二進位制的 image 檔案。

下面通過一個例項，演示如何編寫 Dockerfile 檔案。

1. koa搭建一個小型的web伺服器

let koa = require("koa")
let Router = require("koa-router")

const app = new koa();
const router = new Router();

router.get("/", async ctx => {
    ctx.body = "村望老師的Docker測試伺服器測試資料"
})

app.use(router.routes())

app.listen({
    port: 3000
}, () => {
    console.log("村望老師的Docker測試伺服器跑起來啦");
})

下面使用node將這個專案執行起來，訪問http://localhost:3000/

image-20210808153641515

2.編寫Dockerfile檔案將這個專案打包成映象

首先，在專案的根目錄下，新建一個文字檔案.dockerignore，寫入下面的內容。

.git
node_modules
npm-debug.log

上面程式碼表示，這三個路徑要排除，不要打包進入 image 檔案。如果你沒有路徑要排除，這個檔案可以不新建。

然後，在專案的根目錄下，新建一個文字檔案 Dockerfile，寫入下面的內容。

FROM node:15.10.0-slim #該 image 檔案繼承官方的 node image，冒號表示標籤，這裡標籤是15.10.0-slim，即15.10.0-slim版本的 node

COPY . ./demo  # 將當前目錄下的所有檔案（除了.dockerignore排除的路徑），都拷貝進入映象檔案的/demo 目錄。

WORKDIR /demo # 指定接下來的工作路徑為/demo。  類似進入這個資料夾的命令，畢竟這個目錄是我們這個映象專案的主程式檔案

RUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.org # 安裝node依賴的命令

CMD node index.js # 執行映象程式啟動的命令,一個 Dockerfile 可以包含多個RUN命令，但是隻能有一個CMD命令。

EXPOSE 3000 # 將容器 3000 埠暴露出來， 允許外部連線這個埠。(EXPOSE 指令是宣告執行時容器提供服務埠，這只是一個宣告，在執行時並不會因為這個宣告應用就會開啟這個埠的服務。)

有了 這個Dockerfile 檔案以後，就可以使用docker image build命令建立 image 檔案了。

$ docker image build -t koa-demo . 
# or
$ docker image build -t koa-demo:0.0.1 .

上面程式碼中，-t引數用來指定 image 檔案的名字，後面還可以用冒號指定標籤。如果不指定，預設的標籤就是latest。最後的那個點表示 Dockerfile 檔案所在的路徑，上例是當前路徑，所以是一個點。

image-20210808154736959

執行成功的話，可以使用 docker image ls 看到我們剛剛構建的映象，就是第一個 tag 0.01 的 koa-demo

$ docker image ls
REPOSITORY               TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
koa-demo                 0.0.1     5801f799c3f5   3 minutes ago    164MB
koa-demo                 latest    68c2b2ab8858   46 minutes ago   160MB
changhao970520/node      latest    1d88d89c7230   4 days ago       907MB
changhao970520/wnlsb     latest    26687951628e   4 days ago       907MB
changhao970520/mysql     latest    c60d96bd2b77   2 weeks ago      514MB
docker/getting-started   latest    083d7564d904   8 weeks ago      28MB

3.執行我們自己的映象

然後我們去啟動它

$ docker run -p 3000:3000 -it koa-demo:0.0.1
  • docker run 啟動映象的命令
  • -p 3000:3000 指定埠對映，將映象內部的服務埠對映到本機
  • -it引數：容器的 Shell 對映到當前的 Shell，然後你在本機視窗輸入的命令，就會傳入容器。

image-20210808155825534

然後我們在我們自己的本地去訪問3000埠，成功！！！

image-20210808155900342

通過docker container ls可以檢視當前執行中的容器

image-20210808160255036

可看到第一個就是我們剛剛build並且執行的 

$ docker container kill <containerId> # 關閉開啟的容器

image-20210808160558633

$ docker container ls --all # 可以看到全部的容器，執行或者停止的‘

image-20210808161129919

也可以使用docker container run命令的--rm引數，在容器終止執行後自動刪除容器檔案。

$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash

4.釋出 image 檔案

容器執行成功後，就確認了 image 檔案的有效性。這時，我們就可以考慮把 image 檔案分享到網上，讓其他人使用。

首先，去 hub.docker.com 或 cloud.docker.com 註冊一個賬戶。然後，用下面的命令登入。

$ docker login

接著，為本地的 image 標註使用者名稱和版本。

$ docker image tag [imageName] [username]/[repository]:[tag]
# 例項
$ docker image tag koa-demo:0.0.1 changhao970520/koa_docker_test:0.1

標註之後，其實會發現映象列表多一個出來

image-20210808161929658

push釋出 image 檔案。

CodeHope@DESKTOP-F8QN41O MINGW64 ~/Desktop/dockertest
$ docker image push changhao970520/koa_docker_test:0.1 
The push refers to repository [docker.io/changhao970520/koa_docker_test]
c6c2f6516f97: Pushed
5f70bf18a086: Pushed
6280923256b7: Pushed
174a0829888e: Mounted from library/node
b847f8594930: Mounted from library/node
944cb4854a28: Mounted from library/node
98738a12a3e5: Mounted from library/node
55d13762c439: Mounted from library/node
0.1: digest: sha256:ef7ab9858e7206d01acc8add3b56166f513ef3299ef2f1f7ade29b3764babb14 size: 1991

然後(登入 hub.docker.com)去到你的遠端docker倉庫中，你就發現已經推上去了

image-20210808162210230

十、其他有用的命令

docker 的主要用法就是上面這些，此外還有幾個命令，也非常有用。

（1）docker container start

前面的docker container run命令是新建容器，每執行一次，就會新建一個容器。同樣的命令執行兩次，就會生成兩個一模一樣的容器檔案。如果希望重複使用容器，就要使用docker container start命令，它用來啟動已經生成、已經停止執行的容器檔案。

$ docker container start [containerID]

（2）docker container stop

前面的docker container kill命令終止容器執行，相當於向容器裡面的主程式發出 SIGKILL 訊號。而docker container stop命令也是用來終止容器執行，相當於向容器裡面的主程式發出 SIGTERM 訊號，然後過一段時間再發出 SIGKILL 訊號。

$ docker container stop [containerID]

這兩個訊號的差別是，應用程式收到 SIGTERM 訊號以後，可以自行進行收尾清理工作，但也可以不理會這個訊號。如果收到 SIGKILL 訊號，就會強行立即終止，那些正在進行中的操作會全部丟失。

（3）docker container logs

docker container logs命令用來檢視 docker 容器的輸出，即容器裡面 Shell 的標準輸出。如果docker run命令執行容器的時候，沒有使用-it引數，就要用這個命令檢視輸出。

$ docker container logs [containerID]

（4）docker container exec

docker container exec命令用於進入一個正在執行的 docker 容器。如果docker run命令執行容器的時候，沒有使用-it引數，就要用這個命令進入容器。一旦進入了容器，就可以在容器的 Shell 執行命令了。

$ docker container exec -it [containerID] /bin/bash

（5）docker container cp

docker container cp命令用於從正在執行的 Docker 容器裡面，將檔案拷貝到本機。下面是拷貝到當前目錄的寫法。

$ docker container cp [containID]:[/path/to/file] .

參考資料
www.ruanyifeng.com/home.html

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CunWang@Ch

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